SUMBER PEMBENTUK WARNA KRISTAL GULA : Faktor Pabrik

Proses pengolahan gula terdiri beberapa tingkatan antara lain : eksktraksi, pemurnian, penguapan dan kristalisasi. Pada setiap tahapan proses terjadi reaksi baik fisika maupun kimia. Reaksi-reaksi tersebut akan berpengaruh terhadap degradasi warna nira dan bahan alur proses. Tabel 1 menunjukkan beberapa tipe zat warna yang terbentuk dalam tahapan proses pengolahan gula.

Tabel 1. Tipe Zat Pembentuk Warna Pada Berbagai Tahapan Proses Gula

  Bahan Ekstraksi Pemurnian Penguapan Kristalisasi
Produk Tebu Nira Nira Nira Kental Masakan, Stroop, tetes, gula
Alkalinitas Rendah Rendah Menengah Menengah
Suhu Menengah Tinggi Tinggi Menengah
Zat Warna CWP

Flavonoids

Phenolic

EBP*

Phenols-besi

HADP** Melanoidins

Non EBP***

Karamel

Melanoidins

Non EBP***

Karamel

*Enzymatic Browning Products

**Hexose Degradation

***Non Enzymatic Browning Products

Melanoidins

Melanoidins terbentuk karena reaksi antara komponen karbonil dan asam amino atau reaksi Maillard. Terbentuknya melanoidins umumnya di nira, dimana kecepatan reaksi nya rendah apabila brix nya rendah (Paton and McCowage, 1987). Pada kondisi brix meningkat dan dengan adanya panas kecepatan reaksi akan meningkat pula.

Karamel

Karamel terbentuk karena sukrosa yang terdegradasi oleh panas. Karamel terbentuk pada suhu tinggi, dimana pada sukrosa caramel mulai muncul pada suhu > 1850C (Ahari and Genetolle, 1961). Terbentuknya caramel lebih lama dibandingkan dengan melanoidins. Karamel biasanya terbentuk pada proses penguapan dan kristalisasi yang dilakukan pada brix dan suhu tinggi.

Alkaline Degradation Product (ADF)

Zat warna ini terbentuk dari degradasi fruktosa dan sebagian kecil glukosa dalam kondisi basa. Hasil dari reaksi berupa warna kecoklatan dan asam, menyebabkan inversi sukrosa dan pembentukan warna. Reaksi sebenarnya belum jelas, namun dipercaya bahwa amines merupakan bagian dari reaksi tersebut (Carpenter and Robert, 1976)

Degradasi Phenol

Komponen phenol secara alami terdapat dalam tebu dan memegang peranan penting dalam pembentukan warna pada pengolahan. Phenol akan terionisasi pada pH 9,7, namun pada pH 7,7 hanya sebagian kecil yang terionisasi (Riffer, 1988). Pada kondisi terpapar oleh enzyme seperti PPO ( polyphenol oxidase) dan lingkungan yang mendukung, polyphenol akan teroksidasi dan membentuk quinone. Komponen ini akan bereaksi membentuk warna kecoklatan (Mersad et al, 2000).

Asam phenol ter esterifikasi dengan polisakarida, dibawah reaksi enzymatic, berkontribusi pada terbentuknya komponen dengan berat molekul dan warna tinggi. Contoh dari reaksi ini adalah oksidasi enzymatic dari asam ferulic dalam CWP (Clarke et al, 1988). Komponen ini memiliki berat molekul tinggi, sukar untuk dihilangkan dan mempunyai tendensi memasuki inti kristal gula pada proses kristalisasi (Smith et al, 1981).

Phenol juga dapat bereaksi dengan besi yang terlarut dalam nira. Reaksi ini membentuk komponen warna gelap yang stabil (Smith and Paton, 1985; Riffer, 1988).

Ekstraksi Nira Tebu

Proses ekstraksi nira dari tebu dapat dilakukan dengan menggunakan gilingan dan ekstraksi padat-cair atau difuser. Proses proses ekstraksi sebagian besar terdiri dari proses fisika dengan melibatkan tenaga mekanis dan filtrasi. Potensi terjadinya degradasi atau penambahan warna pada proses ekstraksi berhubungan dengan mikroba yang terdapat pada nira tebu. Pada sanitasi gilingan yang kurang baik, maka akan meningkatkan asam organik dan polisakarida yang dapat memicu terbentuknya warna pada proses selanjutnya.

Selama Operasional gilingan mempengaruhi terbentuknya warna. Semakin tinggi tingkat ekstraksi yang diperoleh akan semakin tinggi pula terbentuknya warna di nira mentah (Smith et al, 1981). Selama proses di gilingan, selain gula, polisakarida dan pigmen tebu yang terdiri dari flavonoids dan phenol juga terekstraksi. Pada tandem gilingan, warna dan flavonoids meningkat dari gilingan pertama ke gilingan akhir, Tabel 2.

Tabel 2. Warna Nira (pH 7) pada tandem gilingan (Paton, 1992)

Gilingan Warna Nira (IU)
1 14.300
2 32.300
3 45.900
4 62.600

Peningkatan warna dari NPP ke nira mentah tidak dapat dihindari, namun dapat diminimalkan. Pada proses tandem gilingan, konsentrasi flavonoids meningkat dari 50 – 150 mg/kg menjadi 2000 mg/kg pada gilingan akhir (Smith and Paton, 1985). Salah satu upaya yang dilakukan di Brazil adalah menggunakan nira gilingan lanjut (gilingan kedua) untuk produksi ethanol, sehingga warna di NPP tidak naik.

Proses Pemurnian

Proses pemurnian berfungsi untuk memisahkan non gula dalam nira secara optimal. Pada proses ini terjadi proses kimiawi yang berhubungan dengan pH, suhu dan waktu. Degradasi warna selama proses pemurnian dapat terjadi sehingga target penurunan warna dari nira mentah ke nira jernih tidak tercapai. Terbentuknya warna di proses pemurnian antara lain disebabkan oleh :

  1. Terbentuknya warna nira yang gelap sebagai akibat dari reaksi antara zat besi pada peralatan dengan senyawa polyphenol dalam nira.
  2. Dekomposisi gula reduksi yang menghasilkan warna coklat sebagai akibat dari pH tinggi dan suhu tinggi serta waktu yang cukup (Paton and Mc Cowage, 1987).
  3. Reaksi Mailard (warna coklat) yang merupakan reaksi dari gula reduksi dengan asam amino.
  4. Recycle nira tapis ke nira mentah yang dapat meningkatkan warna (Saska, 2010)

Jenis proses pemurnian nira berpengaruh terhadap tingkat absorbsi komponen warna. Tabel 3 menunjukkan persentase pengurangan warna pada berbagai jenis proses pemurnian.

Tabel 3. Penghilangan Komponen Warna Pada Berbagai Variasi Proses Pemurnian

Komponen Warna Persentasi Penghilangan Warna
Defekasi Sulfitasi Karbonatasi
Komponen fenolik* 23,14 29,87 38,12
Karamel A** 8,33 71,42 57,14
Karamel B** 38,89 54,55 72,73
Melanoidin** 16,67 26,67 46,67

*Sharma et al (1980)

** Sharma and Johary (1984)

Penghilangan komponen warna terbaik menggunakan proses karbonatasi diikuti dengan sulfitasi dan defekasi. Namun karena proses karbonatasi membutuhkan biaya tinggi, maka saat ini sebagian besar PG menggunakan proses sulfitasi.

Tabel 4. Perubahan Warna Pada Tahapan Proses Sulfitasi (Keskar and Nimbakar, 1999; Sunantyo, dkk., 2003)

Warna Pabrik Gula
1 2 3 4 5 6 7
Nira Mentah, IU 16.312 20.750 15.972 24.713 23.520 24.290 26.099
Nira Mentah Defekasi, IU - - - - - 19.373 21.184
Nira Mentah Sulfitasi, IU - - - - - 14.880 19.195
Nira Jernih, IU 5.221 7.111 6.235 7.395 12.110 13.154 17.881
Nira Kental, IU 5.310 8.532 7.204 8.143 13.500 16.629 18.500
Nira Kental Sulfitir, IU 4.625 8.810 6.870 7.391 11.105 14.339 18.832
Gula Kristal, IU 47 84 103 91 165 481 594
Penurunan warna NM-NJ, % 67,99 65,73 60,96 70,08 48,51 45,85 31,49
Peningkatan Warna NJ-NK, % 1,7 19,98 15,54 10,11 11,48 23,68 3,46
Penurunan Warna NK – NKS, % 14,81 -3,16 4,86 10,17 21,57 11,86 0,64
Faktor Transfer Warna 0,0102 0,0095 0,0149 0,0123 0,0148 0,0335 0,0323

Keterangan :

  • 1 sd 5 PG di India
  • 6 dan 7 PG Di Jawa Timur

Tabel 4 menunjukkan perjalanan warna dari nira mentah ke gula produk di PG India dan Jawa yang menggunakan proses double sulfitasi. Karakter nira di India berbeda dengan Jawa, dimana warna di nira mentah pada PG di India berkisar antara 16.000 – 23.000 IU, sedangkan di Jawa 24.000 – 26.000 IU. Penurunan warna terjadi pada proses pemurnian dengan persentase yang berbeda. Setelah itu warna akan naik lagi pada proses penguapan. Persentase penurunan warna pada proses pemurnian di India antara 48 – 70 % sedangkan di Jawa 31 – 45 %. Variasi persentase penurunan warna bergantung pada warna input dan kondisi proses.

Proses Penguapan

Pada umumnya di proses kenaikan akan terjadi peningkatan warna dari nira jernih ke nira kental. Potensi meningkatnya warna juga dapat terjadi karena adanya kerusakan sukrosa selama proses penguapan. Kerusakan sukrosa bisa disebabkan oleh rendahnya pH nira jernih dan waktu tinggal dalam evaporator yang lama. (Witwerr and Mauch, 1983; Smejkal et al, 2005).

Peningkatan warna dari nira jernih ke nira kental sekitar 6 % (Smith, 1981). Merujuk pada Tabel 7, maka peningkatan warna di proses penguapan antara 1,7 – 23 %. Pada proses penguapan dapat terjadi proses oksidasi non enzymatic dari phenol. Selain itu dengan peningkatan brix dan suhu potensi terjadinya reaksi maillard juga tinggi dan terbentuk melanoidins.

Proses Kristalisasi

Proses kristalisasi berlangsung dalam beberapa tahapan seperti menaikkan konsentrasi masakan, pembibitan, penumbuhan kristal dan pemantapan kristal. Terbentuknya warna dapat terjadi selama proses kristalisasi dan pada saat pendinginan di palung/crystallizer. Zat warna yang timbul pada proses kristalisasi umumnya adalah caramel (Kennedy and Smith, 1976) dan melanoidins (Honig, 1959). Smith et al, (1981) melaporkan bahwa terjadi kenaikan warna sebesar 9%, 14% dan 19 % untuk masakan A, B dan C selama proses kristalisasi dan pendinginan. Munday et al (1968) menyatakan bahwa terjadi kenaikan warna lebih dari 30 % untuk masakan C selama proses pendinginan di crystallizer.

Pada fase pembesaran kristal, zat warna masih banyak terdapat di larutan induk nya, sebagian kecil dapat melakukan infiltrasi ke dalam kristal. Banyak studi yang mendeteksi proses transfer warna ke dalam kristal. Istilah transfer warna, rasio antara warna kristal dan masakan digunakan untuk proses tersebut (Chen and Sloane, 1980; Lionnet, 1988; Donovan and William, 1992). Paton (1992) mendefinisikan koefisien partisi sebagai rasio antara warna masakan dan kristal gula.

Lionnet (1995) menghubungkan antara warna kristal gula dengan warna bahan input secara laboratorium. Dia menyatakan bahwa transfer warna untuk proses karbonatasi/sulfitasi sebesar 0,0190; 0,0231 untuk prses karbonatasi/ion exchange dan 0,0241 untuk fosfatasi/ion exchange. Dia menyatakan :

  • Semakin tinggi laju kristalisasi maka transfer warna semakin tinggi.
  • Transfer warna meningkat seiring dengan membesarnya kristal
  • Terikutnya pucukan meningkatkan transfer warna
  • Kenaikan HADP dalam bahan tidak meningkatkan transfer warna

Referensi :

Carpenter, F.G. and E.J. Roberts. 1976. Colorant formation under refining conditions. Proc. Cane Sug Refining Res 106-115

Chen K.C., G.E. Sloane, 1980, Colour transfer and its use in sugar boiling evaluations, Proc.I.S.S.C.T., 17: 2178-2191

Conf., 183-191

Chen,J.C.P. 2002. Cane sugar handbook. Mc Graw Hill Pub.Co. : 526-527

Clarke  M.A.,  W.S.C.  Tsang,  M.A.  Godshall,  1988,  Structure  of  colorants,  Proc.  of  S.P.R.I.

Donnovan M, J.C. Williams, 1992, The factors influencing the transfer of colour to sugar crystals, Proc. S.P.R.I. Conf.

Eggleston,G., M. Damms., A. Monge and T. Enders. 2004. New Insight on Sucrose Losses Across Factory Evaporators and Juice Syrup Clarifiers., SPRI Conferense,. P: 349-370.

Honig P., 1959, Crystallization, in Principles of Sugar Technology, Vol II, Elsevier Pub. Co.

Kennedy A.M. and  P. Smith, 1976, Color in Refineries, Proc. S.I.T. Conf., 35 : 156-160

Keskar, V.S. and S.S. Nimbar. 1999. Colour Survey in plantation white sugar processing. Proc. Int. Sugar cane Technol. XXIII : 60-67.

Mathur, R.B.L. 1984. Handbook of Sugarcane Technologist.

Martoyo, T. 1986. Pemisahan dan identifikasi parsial zat warna dalam kristal gula. Tesis, Institut Teknologi Bandung, 66 hlm.

Mersad A., Lewandowski R., Decloux M., 2000, Colorants in cane sugar industry, Proc.  S.I.T.

Conf., 235-247

Munday B.M., I.R. Bugess, R.V. Ames, C.W. Davis, 1968, Colour in raw sugar manufacture, Proc. I.S.S.C.T. Conf., 395-404

Paton, N.H., and R.J. Mc Cowage. 1987. Color forming mechanism during mill processing. Proc. Australian Society of Sugarcane Technologist : 11-20.

Paton,N., P. Smith and T.J. Mabry. 1985. Identification of flavonoid components in HPLC separation of sugarcane colorant. Int. Sugar J. 87: 213-215.

Paton N. H., 1992, The origin of colour in raw sugar, Proc. Aust. S.S.C.T. Conf., 8-17

Razumovskii, SD and Zaikov, GE (1974) Ozone and its reactions with organic compounds. Nauka Editorial, Mascow, 321 pp.

Rein, P. 2007. Cane Sugar Engineering. Bartens

Riffer R., 1988, The nature of colorants in sugarcane and cane sugar manufacture, Chemistry and processing of sugarbeet and sugarcane, Ed. M.A.Clarke, M.A.Godshall, Pub. Elsevier, Amesterdão, 186-207

Saska, M., S.Zosi and L. Huixia. 2010. Color behavior in cane juice clarification by defecation, sulphitation and carbonatation. Proc. Int. Sugarcane Technol. Vol 27

Shore,M., N.W. Broughton, J.V. Dutton and A. Sissons. 1984. Factors affecting white sugar colour. Sug. Technol. Rev 12 : 1-99

Smejkal, Q., Schick, R., Fleischer, L.-G., 2005, Influence of reduced temperature during evaporation and crystallisation on sugar quality; SIT Dubai, UE, 2005, Ref. 874 ?

Smith, P, N.H. Paton., H.R. Delaney and R. Ames. 1981. Colour Studies in Milling. Proceeding of Australian Society of Sugarcane Technologists. P : 71-80

Smith,P. and Paton, N. 1985. Sugarcane flavonoids, Sugar Technology Reviews 12 : 117-142.

Steindl, R.J. and W.O.S. Doherty, 2005. Syrup clarification for plantation white sugar to meet new quality standards. Proc. Int. Soc. Of Sugar Cane Tech XXV : 106-116.

Wahyuningtyas, T.H dan Sunantyo. 2005. Upaya peningkatan kualitas gula produk melalui kajian neraca warna dan penekanan warna nira dengan ozon (studi pendahuluan). Prosiding Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia VII. ISSN 1410-9891.

Wittwer, E and Mauch, W (1983). Retention time distribution and sucrose hydrolysis for the optimisation of evaporation process. Proc int Soc Sug Cane Techno!, 453-483

Share

Leave a Reply

*

Saran, Kritik, Ngobrol

Categories
Tweet
Sugar Research Fan Page